本發(fā)明涉及化學(xué)氣相沉積領(lǐng)域，特別是涉及一種鎢膜的沉積方法。

背景技術(shù)：

化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)是通過氣體的化學(xué)反應(yīng)，在硅片表面沉積一層固體膜的工藝。鎢化學(xué)氣相沉積(WCVD)工藝因其優(yōu)異的空隙填充能力成為鋁工藝通孔和接觸的主要金屬化技術(shù)。

傳統(tǒng)的WCVD沉積流程為：SiH₄浸泡(SiH₄Soak)→W成核(W Nucleation)→W大批沉積(W Bulk Deposition)。

1)SiH₄浸泡：SiH₄自分解為Si和H₂，Si吸附于晶圓表面；

2)鎢成核：SiH₄與WF₆反應(yīng)，形成單薄的鎢核膜；

3)鎢大批沉積：H₂與WF₆反應(yīng)，生長到指定膜厚的鎢膜。

WCVD前，一般在會硅片表面沉積一層粘著層(Ti層)和一層阻擋層(TiN層)。然而，硅片表面的粘著層和阻擋層層存在較薄弱的區(qū)域，經(jīng)過快速熱退火(Rapid Thermal Annealing，RTA)后，這種薄弱被放大。WCVD沉積時，WF₆沿著比較薄弱的地方擴散與Ti結(jié)合，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氣態(tài)的TiF_x物向外逸出，導(dǎo)致鎢薄膜沉積形成火山噴發(fā)狀(Volcano)，無法正常成膜。

傳統(tǒng)的WCVD，由于鎢成核過程形成的鎢核膜非常薄弱，不足以完全阻擋后續(xù)鎢大批沉積過程中產(chǎn)生的大量WF₆向下擴散，從而鎢膜沉積形成火山噴發(fā)狀，導(dǎo)致W薄膜異常。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種能夠減少鎢膜沉積形成火山噴發(fā)狀的鎢膜的沉積方法。

一種鎢膜的沉積方法，包括以下步驟：

提供基底；

以硅的氣態(tài)化合物作為氣源進行化學(xué)氣相沉積，形成沉積在所述基底上的第一硅原子層；

以鎢的氣態(tài)化合物和所述硅的氣態(tài)化合物作為氣源進行化學(xué)氣相沉積，形成沉積在所述基底上的鎢核膜；

以所述硅的氣態(tài)化合物作為氣源進行化學(xué)氣相沉積，形成沉積在所述鎢核膜上的第二硅原子層；

以所述鎢的氣態(tài)化合物和氫氣作為氣源進行化學(xué)氣相沉積，形成沉積在所述基底上的鎢膜。

在一個實施例中，所述硅的氣態(tài)化合物為硅甲烷。

在一個實施例中，所述鎢的氣態(tài)化合物為六氟化鎢、六氯化鎢或羰基鎢。

在一個實施例中，所述形成沉積在所述基底上的第一硅原子層的操作中，所述硅的氣態(tài)化合物的流量為40sccm～100sccm，反應(yīng)的溫度為390℃～430℃，壓強為30Torr～50Torr。

在一個實施例中，所述形成沉積在所述基底上的第一硅原子層的操作中，反應(yīng)的時間為10s～30s。

在一個實施例中，所述形成沉積在所述基底上的鎢核膜的操作中，所述鎢的氣態(tài)化合物的流量為1sccm～10sccm，所述硅的氣態(tài)化合物的流量為40sccm～100sccm，反應(yīng)的溫度為390℃～430℃，壓強為30Torr～50Torr。

在一個實施例中，所述形成沉積在所述基底上的鎢核膜的操作中，所述鎢的氣態(tài)化合物和所述硅的氣態(tài)化合物的流量比為1：10～40。

在一個實施例中，所述形成沉積在所述鎢核膜上的第二硅原子層的操作中，所述硅的氣態(tài)化合物的流量為40sccm～100sccm，反應(yīng)的溫度為390℃～430℃，壓強為30Torr～50Torr。

在一個實施例中，所述形成沉積在所述基底上的鎢膜的操作中，所述鎢的氣態(tài)化合物的流量為1sccm～10sccm，所述氫氣的流量為80sccm～250sccm，反應(yīng)的溫度為390℃～430℃，壓強為30Torr～50Torr。

在一個實施例中，所述形成沉積在所述基底上的鎢膜的操作中，所述鎢的氣 態(tài)化合物和所述氫氣的流量比為1：25～60。

上述鎢膜的沉積方法，以硅的氣態(tài)化合物作為氣源進行化學(xué)氣相沉積，形成沉積在所述鎢核膜上的第二硅原子層，從而使鎢的氣態(tài)化合物到達基底表面時能夠和第二硅原子層的硅發(fā)生置換反應(yīng)生成鎢，因此可以修復(fù)鎢核膜薄弱的地區(qū)，從而阻擋鎢的氣態(tài)化合物向下擴散，減少鎢的氣態(tài)化合物與鈦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氣態(tài)物質(zhì)，和傳統(tǒng)的鎢化學(xué)氣相沉積方法相比，上述鎢膜的沉積方法減少了鎢膜沉積形成火山噴發(fā)狀。

附圖說明

圖1為一實施方式的鎢膜的沉積方法的流程圖；

圖2A～圖2E為如圖1所示的鎢膜的沉積方法處理晶圓后晶圓表面的結(jié)構(gòu)變化示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。

請參考圖1和圖2，一實施方式的鎢膜的沉積方法，包括以下步驟：

S10、提供基底10。

在鎢化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)內(nèi)，基底10由背壓吸附在電阻加熱器表面均勻加熱。

基底10可以為硅片。

結(jié)合2A，基底10包括本體110以及沉積在本體110表面的保護層120。保護層120可以為Ti層和TiN層的復(fù)合層，Ti層和本體110接觸。

S20、以硅的氣態(tài)化合物作為氣源進行化學(xué)氣相沉積，形成沉積在基底10上的第一硅原子層20。

S20中，化學(xué)氣相沉積的溫度可以為390℃～430℃，壓強可以為 30Torr～50Torr?；瘜W(xué)氣相沉積的時間可以為10s～30s。硅的氣態(tài)化合物的流量可以為40sccm～100sccm。填充氣壓氣體為氦氣(He)，氦氣的流量為5000sccm～10000sccm。

結(jié)合圖2B，將基底10經(jīng)過S20處理后，硅的氣態(tài)化合物分解生成Si。Si吸附在基底10表面，形成第一硅原子層20。

硅的氣態(tài)化合物可以為硅甲烷(SiH₄)。

硅的氣態(tài)化合物為SiH₄時，化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)方程式如下：

SiH₄→Si+2H₂。

SiH₄自分解為Si和H₂。Si吸附在基底10表面，形成第一硅原子層20。

S30、以鎢的氣態(tài)化合物和硅的氣態(tài)化合物作為氣源進行化學(xué)氣相沉積，形成沉積在基底10上的鎢核膜30。

S30中，化學(xué)氣相沉積的溫度可以為390℃～430℃，壓強可以為30Torr～50Torr?；瘜W(xué)氣相沉積的時間可以為10s～30s。鎢的氣態(tài)化合物和硅的氣態(tài)化合物的流量比可以為1：10～40。鎢的氣態(tài)化合物的流量為1sccm～10sccm，硅的氣態(tài)化合物的流量為40sccm～100sccm。

鎢的氣態(tài)化合物可以為六氟化鎢(WF₆)、六氯化鎢(WCl₆)或羰基鎢(W(CO)₆)等。

硅的氣態(tài)化合物可以為硅甲烷(SiH₄)。

鎢的氣態(tài)化合物和第一硅原子層的硅發(fā)生置換反應(yīng)生成鎢。同時，鎢的氣態(tài)化合物和硅的氣態(tài)化合物反應(yīng)也生成鎢。

鎢的氣態(tài)化合物和第一硅原子層的硅發(fā)生置換反應(yīng)生成的鎢以及鎢的氣態(tài)化合物和硅的氣態(tài)化合物反應(yīng)生成的鎢一起形成沉積在基底上的鎢核膜。

下面以鎢的氣態(tài)化合物為WF₆，硅的氣態(tài)化合物為SiH₄為例進行說明。WF₆和SiH₄進行化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)方程式如下：

2WF₆+3SiH₄→2W+3SiF₄+6H₂；

WF₆+Si→W+SiF₄。

WF₆和第一硅原子層20的Si發(fā)生置換反應(yīng)生成W。WF₆和SiH₄發(fā)生反應(yīng)生成W。上述兩個反應(yīng)生成的W形成沉積在基底10上的W核膜30。

結(jié)合圖2C，將如圖2B所示的晶圓進行S30處理后，保護層120上沉積有一層W核膜30。

S40、以硅的氣態(tài)化合物作為氣源進行化學(xué)氣相沉積，形成沉積在鎢核膜30上的第二硅原子層40。

S40中，化學(xué)氣相沉積的溫度可以為390℃～430℃，壓強可以為30Torr～50Torr?；瘜W(xué)氣相沉積的時間可以為10s～30s。硅的氣態(tài)化合物的流量可以為40sccm～100sccm。填充氣壓氣體為氦氣(He)，氦氣的流量為5000sccm～10000sccm。

硅的氣態(tài)化合物可以為硅甲烷(SiH₄)。

硅的氣態(tài)化合物分解生成Si。Si吸附在W核膜30表面，形成第二硅原子層40，能夠有效阻擋鎢的氣態(tài)化合物向基底10內(nèi)部擴散。

硅的氣態(tài)化合物為SiH₄時，化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)方程式如下：

SiH₄→Si+2H₂。

SiH₄自分解為Si和H₂。Si吸附在W核膜30表面，形成第二硅原子層40，能夠有效阻擋WF₆向基底10內(nèi)部擴散。

結(jié)合圖2D，將如圖2C所示的晶圓進行S40處理后，W核膜30上形成有一層第二硅原子層40。

S50、以鎢的氣態(tài)化合物和氫氣作為氣源進行化學(xué)氣相沉積，形成沉積在基底10上的鎢膜50。

S50中，化學(xué)氣相沉積的溫度可以為390℃～430℃，壓強可以為30Torr～50Torr?；瘜W(xué)氣相沉積的時間可以為10s～30s。鎢的氣態(tài)化合物的流量為1sccm～10sccm。氫氣的流量為80sccm～250sccm。鎢的氣態(tài)化合物和氫氣的流量比可以為1：25～60。

鎢的氣態(tài)化合物與第二硅原子層的硅發(fā)生置換反應(yīng)生成鎢。鎢的氣態(tài)化合物和氫氣反應(yīng)生成鎢。

鎢的氣態(tài)化合物與第二硅原子層的硅發(fā)生置換反應(yīng)生成的鎢、鎢的氣態(tài)化合物和氫氣反應(yīng)生成的鎢以及鎢核膜中的鎢一起形成沉積在基底上的鎢膜。

鎢的氣態(tài)化合物與第二硅原子層的硅反應(yīng)生成的W能夠阻擋后續(xù)鎢的氣態(tài) 化合物沿W核膜30的薄弱區(qū)域向下擴散，減少W膜50沉積形成火山噴發(fā)狀。

由于第二硅原子層40的Si原子的還原性比H₂強，鎢的氣態(tài)化合物到達基底10表面還未與H₂發(fā)生反應(yīng)時，鎢的氣態(tài)化合物先與第二硅原子層的硅反應(yīng)生成W。

鎢的氣態(tài)化合物以WF₆為例，WF₆和H₂進行化學(xué)氣相沉積的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

WF₆+3H₂→W+6HF。

由于第二硅原子層40的Si原子的還原性比H₂強，所以WF₆到達基底10表面還未與H₂發(fā)生反應(yīng)時，WF₆優(yōu)先與W核膜30表面的第二硅原子層40的Si發(fā)生置換反應(yīng)生成硅，并阻擋后續(xù)WF₆沿W核膜30的薄弱區(qū)域向下擴散，減少W膜50沉積形成火山噴發(fā)狀。之后，WF₆和H₂反應(yīng)生成W。上述兩個反應(yīng)生成的W和W核膜30中的W形成W膜50。

結(jié)合圖2E，將如圖2D所示的晶圓進行S50處理后，保護層120上形成有一層W膜50。

上述鎢膜的沉積方法，以硅的氣態(tài)化合物作為氣源進行化學(xué)氣相沉積，形成沉積在鎢核膜上的第二硅原子層，從而使鎢的氣態(tài)化合物到達基底表面時能夠和第二硅原子層的硅發(fā)生置換反應(yīng)生成鎢，因此可以修復(fù)鎢核膜薄弱的地區(qū)，從而阻擋鎢的氣態(tài)化合物向下擴散，減少鎢的氣態(tài)化合物與鈦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氣態(tài)物質(zhì)，和傳統(tǒng)的鎢化學(xué)氣相沉積方法相比，上述鎢膜的沉積方法減少了鎢膜沉積形成火山噴發(fā)狀。

下面為具體實施例部分。

實施例1

在鎢化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)內(nèi)，硅片由背壓吸附在電阻加熱器表面均勻加熱。

往工藝腔體內(nèi)通入SiH₄進行化學(xué)氣相沉積，用流量控制器調(diào)節(jié)SiH₄的流量為40sccm，SiH₄在工藝腔體均勻分布并發(fā)生自分解反應(yīng)，通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為30Torr?；瘜W(xué)氣相沉積的溫度為390℃?；瘜W(xué)氣相沉積的時間為15s。填充氣壓氣體為氦氣，氦氣的流量為5000sccm。在硅片表面形成第 一硅原子層。

設(shè)定溫度為390℃，工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為30Torr，往工藝腔體內(nèi)通入WF₆和SiH₄進行化學(xué)氣相沉積。通過流量控制器分別調(diào)節(jié)WF₆的流量為10sccm，SiH₄的流量為100sccm。WF₆和SiH₄的流量比為1：10?；瘜W(xué)氣相沉積的時間為10s。第一硅原子層的Si和WF₆發(fā)生置換反應(yīng)生成W，WF₆和SiH₄反應(yīng)生成W，兩個反應(yīng)生成的W形成W核膜。

往工藝腔體內(nèi)通入SiH₄進行化學(xué)氣相沉積，用流量控制器調(diào)節(jié)SiH₄的流量為70sccm，SiH₄在工藝腔體均勻分布并發(fā)生自分解反應(yīng)，通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為30Torr。化學(xué)氣相沉積的溫度為390℃。化學(xué)氣相沉積的時間為30s。填充氣壓氣體為氦氣，氦氣的流量為10000sccm。在W核膜表面形成第二硅原子層。

設(shè)定溫度為390℃，工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為30Torr，往工藝腔體內(nèi)通入WF₆和H₂進行化學(xué)氣相沉積。通過流量控制器分別調(diào)節(jié)WF₆的流量為10sccm，H₂的流量為250sccm。WF₆和H₂的流量比為1：25。化學(xué)氣相沉積的時間為10s。第二硅原子層的Si和WF₆發(fā)生置換反應(yīng)生成W，WF₆和H₂反應(yīng)生成W，上述兩個反應(yīng)生成的W和W核膜中的W一起形成W膜。得到沉積有W膜的晶圓。

實施例2

在鎢化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)內(nèi)，硅片由背壓吸附在電阻加熱器表面均勻加熱。

往工藝腔體內(nèi)通入SiH₄進行化學(xué)氣相沉積，用流量控制器調(diào)節(jié)SiH₄的流量為100sccm，SiH₄在工藝腔體均勻分布并發(fā)生自分解反應(yīng)，通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為40Torr。化學(xué)氣相沉積的溫度可以為430℃?；瘜W(xué)氣相沉積的時間為10s。填充氣壓氣體為氦氣，氦氣的流量為7000sccm。在硅片表面形成第一硅原子層。

設(shè)定溫度為430℃，工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為40Torr，往工藝腔體內(nèi)通入WCl₆和SiH₄進行化學(xué)氣相沉積。通過流量控制器分別調(diào)節(jié)WCl₆的流量為1sccm，SiH₄的流量為40sccm。WCl₆和SiH₄的流量比為1：40?；瘜W(xué)氣相沉積的時間為30s。第一硅原子層的Si和WCl₆發(fā)生置換反應(yīng)生成W，WCl₆和SiH₄ 反應(yīng)生成W，兩個反應(yīng)生成的W形成W核膜。

往工藝腔體內(nèi)通入SiH₄進行化學(xué)氣相沉積，用流量控制器調(diào)節(jié)SiH₄的流量為100sccm，SiH₄在工藝腔體均勻分布并發(fā)生自分解反應(yīng)，通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為40Torr?；瘜W(xué)氣相沉積的溫度可以為430℃?；瘜W(xué)氣相沉積的時間為20s。填充氣壓氣體為氦氣，氦氣的流量為5000sccm。在W核膜表面形成第二硅原子層。

設(shè)定溫度為430℃，工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為40Torr，往工藝腔體內(nèi)通入WCl₆和H₂進行化學(xué)氣相沉積。通過流量控制器分別調(diào)節(jié)WCl₆的流量為1sccm，，H₂的流量為60sccm。WCl₆和H₂的流量比為1：60?；瘜W(xué)氣相沉積的時間為30s。第二硅原子層的Si和WCl₆發(fā)生置換反應(yīng)生成W，WCl₆和H₂反應(yīng)生成W，上述兩個反應(yīng)生成的W和W核膜中的W一起形成W膜。得到沉積有W膜的晶圓。

實施例3

在鎢化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)內(nèi)，硅片由背壓吸附在電阻加熱器表面均勻加熱。

往工藝腔體內(nèi)通入SiH₄進行化學(xué)氣相沉積，用流量控制器調(diào)節(jié)SiH₄的流量為80sccm，SiH₄在工藝腔體均勻分布并發(fā)生自分解反應(yīng)，通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為50Torr?；瘜W(xué)氣相沉積的溫度可以為400℃?；瘜W(xué)氣相沉積的時間為30s。填充氣壓氣體為氦氣，氦氣的流量為10000sccm。在硅片表面形成第一硅原子層。

設(shè)定溫度為400℃，工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為50Torr，往工藝腔體內(nèi)通入W(CO)₆和SiH₄進行化學(xué)氣相沉積。通過流量控制器分別調(diào)節(jié)W(CO)₆的流量為5sccm，SiH₄的流量為80sccm。W(CO)₆和SiH₄的流量比為1：16?；瘜W(xué)氣相沉積的時間為20s。第一硅原子層的Si和W(CO)₆發(fā)生置換反應(yīng)生成W，W(CO)₆和SiH₄反應(yīng)生成W，兩個反應(yīng)生成的W形成W核膜。

往工藝腔體內(nèi)通入SiH₄進行化學(xué)氣相沉積，用流量控制器調(diào)節(jié)SiH₄的流量為40sccm，SiH₄在工藝腔體均勻分布并發(fā)生自分解反應(yīng)，通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為50Torr。化學(xué)氣相沉積的溫度可以為390℃。化學(xué)氣相沉積 的時間為10s。填充氣壓氣體為氦氣，氦氣的流量為7000sccm。在W核膜表面形成第二硅原子層。

設(shè)定溫度為400℃，工藝腔腔體的內(nèi)部壓強為50Torr，往工藝腔體內(nèi)通入W(CO)₆和H₂進行化學(xué)氣相沉積。通過流量控制器分別調(diào)節(jié)W(CO)₆的流量為8sccm，H₂的流量為400sccm。W(CO)₆和H₂的流量比為1：50?；瘜W(xué)氣相沉積的時間為15s。第二硅原子層的Si和W(CO)₆發(fā)生置換反應(yīng)生成W，W(CO)₆和H₂反應(yīng)生成W，上述兩個反應(yīng)生成的W和W核膜中的W一起形成W膜。得到沉積有W膜的晶圓。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。